(57)【要約】【課題】検査表面を多方向から撮影して欠陥を判定する装置および方法において、ワークの姿勢と撮影手段の受光部の向きを変化させると、機構が複雑となる。【解決手段】検査対象物（Ｗ）の表面に生じた欠陥を検出して判定する欠陥検出装置であって、受光部（１３ａ）に侵入した光を受光して、前記表面の検査区域（Ｔ）の画像を撮影する撮影手段（１３）と、表面が鏡面であって、光を撮影手段（１３）の受光部（１３ａ）に導くための第１ミラー手段（１４）と、検査対象物の表面に対して４５度の角度で傾いて配置される第１ハーフミラー（１１）と、内面が鏡面であって前記鏡面の少なくとも一部が前記第１ハーフミラーを向いて第１ハーフミラー（１１）を覆うように配置される内部ミラー部材（１２）と、第１ハーフミラー（１１）に向かって光を照射する発光手段（１５）と、を具備する欠陥検出装置により解決する。【選択図】図１
2013007588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の表面に生じた欠陥を検出して判定する欠陥検出装置であって、前記欠陥検出装置は、
受光部に侵入した光を受光して、前記表面の検査区域の画像を撮影する撮影手段と、
表面が鏡面であって、光を前記撮影手段の受光部に導くための第１ミラー手段と、
検査対象物の表面に対して４５度の角度で傾いて配置される第１ハーフミラーと、
内面が鏡面であって、前記鏡面の少なくとも一部が前記第１ハーフミラーを向いて前記第１ハーフミラーを覆うように配置される内部ミラー部材と、
光を照射する発光手段とを備え、
前記発光手段が照射した光は、前記第１ハーフミラーを透過して前記表面の検査区域に照射される入射光となり、
前記入射光は前記検査区域で反射されて第１反射光となり、
前記第１反射光は前記第１ハーフミラーに向かって進行して前記第１ハーフミラーを透過して前記内部ミラー部材に至り、前記内部ミラー部材で反射して第２反射光となり、
前記第２反射光は前記第１ハーフミラーに向かって進行し、前記第１ハーフミラーで反射して第３反射光となり、
前記第３反射光は前記第１ミラー手段に向かって進行し、前記第１ミラー手段で反射して前記撮影手段の受光部で受光され、
前記撮影手段は前記受光部により受光した光により前記表面の検査区域の画像を撮影することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検出装置であって、
前記第１ミラー手段は、前記第１ハーフミラーの反射面が、前記第１ハーフミラーにおける前記検査対象物の表面に近い側と前記検査対象物の表面と遠い側との間の一の方向に沿って、連続的に向きが変化するように回動可能であって、前記第３反射光を前記受光部に導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、さらに、前記第１ミラー手段で反射された光が前記撮影手段の受光部に侵入するまでの光路上に配置される第１レンズ手段を備え、
前記第１レンズ手段は、前記撮影手段の受光部に侵入する光を平行光線に調整することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、前記検査区域で反射した前記第１反射光は前記発光手段が照射した光が前記第１ハーフミラーを透過して前記表面の検査区域に向かって照射されるまでの経路と異なる方向に進行し、前記第１ハーフミラーを透過して前記内部ミラー部材に至り、前記内部ミラー部材で反射した反射光は前記第１ハーフミラーに向かって逆進して前記第１ハーフミラーで反射され、前記検査区域に欠陥が存在しない場合において前記第１ミラー手段が前記第３反射光を受光する向きと異なる方向に前記第１ミラー手段が向いた際に、前記第３反射光を受光して前記撮影手段の受光部に光を導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、さらに、表面が鏡面である第２ミラー手段を備え、
前記第２ミラー手段は、前記第３反射光が進行する光路において、前記第１ハーフミラーと前記第１ミラー手段との間に位置し、前記一の方向と直交する方向に沿って、連続的に向きが変化するように回動可能であって、
前記第２ミラー手段は、前記第３反射光を反射して前記第１ミラー手段に向けて導き、前記第１ミラー手段で前記反射光を反射させて前記撮影手段の受光部に導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、前記検査区域に欠陥が存在しない場合において前記第１ミラー手段および／または前記第２ミラー手段が第３反射光を受光する向きと異なる方向に前記第１ミラー手段および／または前記第２ミラー手段が向いた際に、前記第３反射光を受光して前記撮影手段の受光部に光を導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記発光手段は前記検査対象物の前記表面の検査区域から鉛直方向に沿って前記第１ハーフミラーを介して前記検査区域に向かって光を照射可能であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、前記発光手段と前記第１ハーフミラーとの間に配置される第２レンズ手段を備え、前記第２レンズ手段は前記発光手段が発した光を平行光とすることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項９】
請求項１から３に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、前記第３反射光が前記撮影手段の前記受光部に至るまでの経路に配置され、前記受光部に至るまでの前記第３反射光の光軸に対して４５度の傾きで配置される第２ハーフミラーを備え、
前記発光手段は、前記第２ハーフミラーに向かって光を照射し、
第２ハーフミラーで反射された前記発光手段が発した前記光は、前記第３反射光の光路を進行して前記第１ミラー手段に至り、前記第１ミラー手段の回動によって、前記入射光が前記検査区域に異なる方向から連続的に入射可能であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、前記第１ミラー手段は、前記検査区域に欠陥が存在しない場合に前記第１ミラー手段が前記第３反射光を受光する向きと異なる方向に向いた際に前記第３反射光を受光して前記撮影手段の受光部に光を導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、さらに、表面が鏡面である第２ミラー手段を備え、
前記第２ミラー手段は、前記第３反射光が進行する光路において、前記第１ハーフミラーと前記第１ミラー手段との間に位置し、前記一の方向と直交する方向に沿って、連続的に向きが変化するように回動可能であって、前記第１ミラー手段の反射光を受光して前記第１ハーフミラーに向けて光を照射し、前記第２ミラー手段の回動によって、前記入射光が前記検査区域に異なる方向から連続的に入射可能であり、
前記第２ミラー手段は、前記第３反射光を反射して前記第１ミラー手段に向けて導き、前記第１ミラー手段で前記反射光を反射させて前記撮影手段の受光部に導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、前記第１ミラー手段および／または前記第２ミラー手段は、前記検査区域に欠陥が存在しない場合に前記第１ミラー手段および／または前記第２ミラー手段が前記第３反射光を受光する向きと異なる方向に向いた際に前記第３反射光をして前記撮影手段の受光部に光を導くことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記欠陥検出装置は、前記発光手段と前記第２ハーフミラーとの間に配置される第２レンズ手段を備え、前記第２レンズ手段は前記発光手段が発した光を平行光とすることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記内部ミラー部材の内面は球面であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記内部ミラー部材の内面の鏡面は多面体の各面を構成することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の欠陥検出装置であって、
前記撮影手段の受光部は、前記受光部における入射瞳を前記第１ミラー手段と前記第２ミラー手段との間に転送するレンズ列を有していることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１７】
検査対象物の表面に生じた欠陥を検出して判定する欠陥検出装置により欠陥を検出する方法であって、前記欠陥検出装置は、
受光部に侵入した光を受光して、前記表面の検査区域の画像を撮影する撮影手段と、
表面が鏡面であって、光を前記撮影手段の受光部に導くための第１ミラー手段と、
検査対象物の表面に対して４５度の角度で傾いて配置される第１ハーフミラーと、
内面が鏡面であって、前記鏡面の少なくとも一部が前記第１ハーフミラーを向いて前記第１ハーフミラーを覆うように配置される内部ミラー部材と、
前記第１ハーフミラーに向かって光を照射する発光手段とを備え、
前記方法は、
前記発光手段により前記第１ハーフミラーに向けて、前記第１ハーフミラーを透過するように前記表面の検査区域に入射光を照射して、前記入射光を前記検査区域で反射させて第１反射光とする工程と、
前記第１反射光を前記第１ハーフミラーに向かって進行させ、前記第１ハーフミラーを透過させて前記内部ミラー部材で反射させて第２反射光とする工程と、
前記第２反射光を前記第１ハーフミラーに向かって進行させて、前記第１ハーフミラーで反射させて第３反射光とする工程と、
前記第３反射光を前記第１ミラー手段に向かって進行させて前記第１ミラー手段で反射させて前記撮影手段の受光部で受光させる工程と、
前記撮影手段は前記受光部により受光した光により前記表面の検査区域の画像を撮影する工程とを備える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記方法は、
前記検査区域から鉛直方向に沿って前記検査区域に向かって前記入射光を照射する工程を有し、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、欠陥が存在しない場合に前記第１ミラー手段が前記第３反射光を受光する方向と異なる方向を向いた際に、前記第３反射光を受光して前記撮影手段の受光部に光が導かれることを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記欠陥検出装置は、前記第３反射光が前記撮影手段の前記受光部に至るまでの経路に配置され、前記受光部に至るまでの前記第３反射光の光軸に対して４５度の傾きで配置される第２ハーフミラーを備え、
前記方法は、前記第２ハーフミラーに向かって光を照射して、前記第１ミラー手段に光を入射させる工程と、
前記第１ミラー手段を回動させて、前記検査区域に向かって前記入射光を異なる方向から連続的に入射する工程を有し、
前記検査区域に欠陥が存在する場合には、欠陥が存在しない場合に前記第１ミラー手段が前記第３反射光を受光する方向と異なる方向を向いた際に、前記第３反射光を受光して前記撮影手段の受光部に光が導かれることを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれか一項に記載の方法であって、
前記欠陥検出装置は、前記一の方向と直交する方向に沿って、連続的に向きが変化するように回動可能な第２ミラー手段を備え、
前記方法は、前記第２ミラー手段に前記第１ミラー手段の反射光を受光させて前記第１ハーフミラーに向けて光を照射し、前記第２ミラー手段の回動によって、前記入射光が検査区域に異なる方向から連続的に入射する工程を備えることを特徴とする欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物などの切削加工後のワークの表面に生じた欠陥を光学的に検出し、欠陥の種別を判定する欠陥種別判定装置およびその判定方法に関する。特には、ワークの検査対象面に様々な方向から光を照射した際の表面画像を撮影し、それらの画素情報から把握される特徴量から欠陥を検出し、その種別を判定する欠陥検出装置およびその判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミ鋳造物等の切削加工面には、切削工程において、たとえば切子が付着した状態でワークを把持することによって生じる圧痕や、切削工程における切削順序によって生じる微妙な段差や、ワークの剛性のばらつき等により刃の振動で生じたびびり等が生じる場合がある。これらは、その深さに応じて、許容公差内の非欠陥部と許容公差外の欠陥部とに分類され、欠陥部と判断されるべきものは漏れなく欠陥と判断できる必要がある。
【０００３】
このような欠陥を自動的に検出して判定するために、たとえば、ワークの検査対象面に光を照射し、ＣＣＤカメラ等でその反射光を受光して撮影して欠陥を検査する欠陥検出装置が知られている。しかし、このような欠陥検出装置は、一般に平滑表面を検査対象面とするものであり、粗面における欠陥には適していない。
【０００４】
これに対し、たとえば、特許文献１に記載されている欠陥検出装置では、欠陥とは別に不規則な切削加工痕が存在するような表面でも、安定的に欠陥を検出可能とする欠陥検出装置が開示されている。特許文献１に開示されている欠陥検出装置は、欠陥以外の部分に照射された光の反射光を受光した際の撮影手段の受光素子の感度が飽和するように照射光の強度を設定し、その設定条件下で照射光の強度を変化させて、欠陥を検出するものである。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されている欠陥検出装置では、ある程度の深さを有する欠陥は検出が可能であるものの、表面粗さが小さいびびり等の欠陥にあっては、正常な部位と同様に、反射光に対する受光素子の感度が飽和する。このため、欠陥が正確に検出できない問題があった。
【０００６】
このような問題を解決する方法としては、光の照射方向を変化させて、それぞれの方向に対応させてＣＣＤカメラを移動させることにより、多方向からの表面画像を撮影する方法が考えられる。すなわち、欠陥部では、正常な表面に対して全体の反射強度が低く、また照射光の向きによって反射強度に変化が生じうる特徴を有しているから、検査面につき、多方向から表面画像を撮影して、撮影された複数の表面画像につき、表面画像から得られる画像情報を撮影方向に応じて分類して欠陥の種別を判別する方法などにより、この問題を解決することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０８２５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
検査表面を多方向から撮影する方法としては、たとえば照射光の方向を固定して、ワークの姿勢と撮影手段の受光部の向きを変化させた上で反射光を撮影する方法が考えられる。しかし、ワークの姿勢を変化させる方法では、それを実現する装置において、照明の光軸と反射光の光軸とを調整する機構が複雑になる傾向がある。また、このような装置では、ワークが取り付けられるテーブルの姿勢をアクチューエータなどに変化させることが考えられるが、姿勢を高速で変化させることは一般的に困難であり、欠陥検査に時間がかかる問題も生じる。
【０００９】
また、照明の光軸と反射光の光軸とを調整する際において、光の射出位置から検査面（反射面）を介して撮影手段の受光部までの光路の距離をも調整することは困難である。このため、多方向から撮影された複数の表面画像をそれぞれ比較するためには、撮影された各表面画像を、基準位置で撮影された基準画像（一般には、水平状態を基準位置として撮影された表面画像）に対する相対的関係として変換して配光分布を求める必要が生じる。たとえば、ある位置で撮影された表面画像から配光分布を求めるには、その位置における表面の法線と、基準位置における表面の法線とがなす偏角を求め、正常部と欠陥部との反射光の強度の違いをその偏角に対するデータとして定義し、この偏角をゼロとなるような画像変換を行うことで基準位置において撮影された表面画像に変換する処理を行う必要がある。これには多大な計算コストが必要となる。
【００１０】
さらに、照明として広角発光手段が選択された場合には、得られた配光分布におけるＳ／Ｎ比が低くなる場合もあり、欠陥の種別を判定する上で不利となる。一方、角度に応じて距離関係を一定に保つことは、作業上煩雑となり、検査に時間がかかる問題に生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる問題を、検査対象面の検査区域に対して、ワークを固定した上で、検査区域に照射した光の反射光を受光して表面画像を撮影し、照光方向に応じた画素情報から欠陥を検出する欠陥検出装置およびその方法により解決する。
【００１２】
また、検査対象物の表面に生じた欠陥を検出して判定する欠陥検出装置であって、欠陥検出装置は、受光部に侵入した光を受光して、表面の検査区域の画像を撮影する撮影手段と、表面が鏡面であって、光を撮影手段の受光部に導くためのミラー手段と、検査対象物の表面に対して傾いて配置されるハーフミラーと、内面に鏡面加工が施され、鏡面の少なくとも一部がハーフミラーを向いてハーフミラーを覆うように配置される内部ミラー部材と、ハーフミラーに向かって光を照射する発光手段とを備える欠陥検出装置により解決する。
【００１３】
また、検査対象物の表面に生じた欠陥を検出して判定する欠陥検出装置により欠陥を検出する方法であって、発光手段により第１ハーフミラーに向けて、第１ハーフミラーを透過するように表面の検査区域に入射光を照射して、入射光を検査区域で反射させて第１反射光とする工程と、第１反射光を第１ハーフミラーに向かって進行させ第１ハーフミラーを透過させて内部ミラー部材で反射させて第２反射光とする工程と、第２反射光を第１ハーフミラーに向かって進行させて第１ハーフミラーで反射させて第３反射光とする工程と、第３反射光を第１ミラー手段に向かって進行させて第１ミラー手段で反射させて撮影手段の受光部で受光させる工程と、撮影手段は受光部により受光した光により表面の検査区域の画像を撮影する工程とを備える方法により解決する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、検査対象となる表面画像から多方向から撮影するための光学系部材の選択が容易となり、また多方向からの反射光を撮影手段の受光部が受光するための機構を簡易化することができる。また、欠陥の検出に必要な時間を削減することが可能となる。
【００１５】
また、本発明により、多方向から撮影した検査対象となる表面画像から配光分布を求める際に、水平状態における表面画像などの基準画像を介することなく、直接配光分布を求めることができ、計算コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の欠陥検出装置およびその方法における欠陥判別の原理を説明した斜視図である。
【図２】本発明の欠陥検出装置およびその方法における欠陥判別の原理を説明した断面図である。
【図３】本発明の欠陥検出装置およびその方法における欠陥判別の原理を説明した断面図である。
【図４】本発明の欠陥検出装置およびその方法における欠陥判別の原理を説明した断面図である。
【図５】本発明の実施例１である欠陥検出装置を示した図である。
【図６】本発明の実施例１である欠陥検出装置の制御系を含めた全体の構成の概略を示した図である。
【図７】図５の断面Ｘ−Ｘに示した本発明の実施例１である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、欠陥が存在しない場合の光路を示した図である。
【図８】図５の断面Ｘ−Ｘに示した本発明の実施例１である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、欠陥が存在する場合の光路を示した図である。
【図９】図５の断面Ｘ−Ｘに示した本発明の実施例１である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、拡散投光の場合の光路を示した図である。
【図１０】本発明の欠陥検出装置の手順を示したフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例２である欠陥検出装置を示した図である。
【図１２】図１１の断面Ｙ−Ｙに示した本発明の実施例２である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、欠陥が存在しない場合の光路を示した図である。
【図１３】図１１の断面Ｙ−Ｙに示した本発明の実施例２である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、欠陥が存在する場合の光路を示した図である。
【図１４】図１１の断面Ｙ−Ｙに示した本発明の実施例２である欠陥検出装置の検出ヘッド内の断面であって、拡散投光の場合の光路を示した図である。
【図１５】非欠陥部の例としての高さ３マイクロメートルの段差の表面画像である。
【図１６】欠陥部の例としての高さ８マイクロメートルの段差の表面画像である。
【図１７】欠陥部の例としての圧着痕の表面画像である。
【図１８】実施例１における平行投受光における高さ３マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図１９】実施例１における同軸広角投受光における高さ３マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２０】実施例１における平行投受光における高さ８マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２１】同実施例１における軸広角投受光における高さ８マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２２】実施例１における平行投受光における圧着痕の場合の擬似配光分布である。
【図２３】実施例１における同軸広角投受光における圧着痕の場合の擬似配光分布である。
【図２４】実施例２における平行投受光における高さ３マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２５】実施例２における同軸広角投受光における高さ３マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２６】実施例２における平行投受光における高さ８マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２７】実施例２における同軸広角投受光における高さ８マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布である。
【図２８】実施例２における平行投受光における圧着痕の場合の擬似配光分布である。
【図２９】実施例２における同軸広角投受光における圧着痕の場合の擬似配光分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１，図２，図３を参照して、本発明の欠陥検出装置およびその方法における欠陥判別の原理を説明する。図１は、たとえば、ワーク（検査対象物）の表面に生じた欠陥を光学的に検出する装置および方法の概念を示した図である。検査対象物の検査する面を検査対象面と定義し、検査対象面のうち検査を行う領域を検査領域Ｗと定義する。また、検査対象領域Ｗのうち、特に、１回のシーケンスで欠陥を検出しようとする範囲を検査区域Ｔと定義する。本発明の欠陥検出装置およびその方法は、第１ハーフミラー１１，内部ミラー部材１２，撮影手段１３、第１ミラー手段１４と、発光手段１５とを備える。
【００１８】
第１ハーフミラー１１は、検査対象物の表面に対して、傾いて配置される。傾き角度は、検査対象物の表面に対してほぼ４５度の角度である。発光手段は、第１ハーフミラー１１に向かって光を照射する。内部ミラー部材１２は、内面が鏡面加工された部材であり、第１ハーフミラー１１を覆うように配置される。内部ミラー部材１２の内面の鏡面部の少なくとも一部は、第１ハーフミラー１１と対向している。内部ミラー部材１２は、鏡面である内面が球面を構成し、所定の状態でその球の中心部に検査区域Ｔが位置するような位置関係に配置される。撮影手段１３は、受光部１３ａに侵入した光を受光して、検査領域Ｗの検査区域Ｔの画像を撮影する。第１ミラー手段１４は、表面が鏡面であって、光を撮影手段１３の受光部１３ａに光を導く。第１ミラー手段１４は、一の回動軸１４ａまわりに図の矢印のように回動可能である。たとえば、検査対象物の表面に近い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所と検査対象物の表面と遠い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所とを結ぶ一の走査方向Ｓｃに沿って第１ミラー手段１４の表面が連続的に向きながら回動する。走査方向Ｓｃは、代表的には、検査対象物の表面に近い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所と検査対象物の表面と遠い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所とを最短で結ぶ方向である。第１ミラー手段１４の回動軸１４ａは、第１ハーフミラー１１の面と平行であって、走査方向Ｓｃと垂直な方向に延在する。しながら、走査方向Ｓｃと回動軸１４ａの延在する方向とは、必ずしもこの方向に限られない。第１ハーフミラー１１において検査対象物の表面と近い側と遠い側とを結ぶ任意の走査方向に沿って第１ミラー手段１４が向いて回動可能である限り、いずれの方向であってもよい。第１ハーフミラー１１における検査対象物の表面に近い側と検査対象物の表面と遠い側のいずれの方向から来た光をも走査することができる。
【００１９】
発光手段１５は、第１ハーフミラー１１に向かって光を照射する。発光手段１５が照射した光は、第１ハーフミラー１１を透過して検査区域Ｔに照射される入射光Ｌとなる。入射光Ｌは検査区域Ｔで反射されて第１反射光Ｌ１となる。第１反射光Ｌ１は第１ハーフミラー１１に向かって進行する。第１ハーフミラー１１に至った第１反射光Ｌ１は第１ハーフミラー１１を透過して内部ミラー部材１２に至って内部ミラー部材１２で反射して第２反射光Ｌ２となる。第２反射光Ｌ２は第１ハーフミラー１１に向かって進行して第１ハーフミラー１１で反射して第３反射光Ｌ３となり、第３反射光Ｌ３は第１ミラー手段１４に向かって進行して第１ミラー手段１４で反射して撮影手段１３の受光部１３ａに向かって進行する。受光部１３ａで受光された光で、撮影手段１３は受光部１３ａにより受光した光により表面の検査区域Ｔの画像を撮影する。
【００２０】
発光手段は、検査対象物の表面の検査領域Ｗの検査区域Ｔから鉛直方向に検査区域Ｔに向けて固定的に照射される入射光Ｌとして実現することができる。すなわち、発光手段１５は、たとえば、図１および図２に示すように、検査対象物の表面の検査領域Ｗの検査区域Ｔから鉛直方向に配置できる。この場合には、入射光Ｌは、発光手段１５から、直接、検査区域Ｔから鉛直方向に沿って、検査区域Ｔに向かってまっすぐに進行する。また、検査区域Ｔで反射される第１反射光Ｌ１は、入射光Ｌの経路、すなわち検査区域Ｔから鉛直方向に逆進する。また、発光手段１５は、たとえば、図３に示すように、検査対象物の表面の検査領域Ｗの検査区域Ｔから鉛直方向と垂直な方向にも配置できる。この場合には、検査区域Ｔから鉛直方向に対して、ほぼ４５度の角度（更に、特には、第１ハーフミラーと平行）で第２ハーフミラー１６を配置して、発光手段１５を検査区域Ｔから鉛直方向と垂直方向から第２ハーフミラー１６に向かって光を照射する。第２ハーフミラー１６で反射された光は検査区域Ｔから鉛直方向に沿って、検査区域Ｔから離れるように進行し、内部ミラー部材１２で反射して、検査区域Ｔから鉛直方向に沿って検査区域Ｔに向かって進行し、入射光Ｌとなって、検査区域Ｔに向かってまっすぐに向かって進行して、検査区域Ｔを照射する。いずれの方法でも、検査対象物の表面の検査領域Ｗの検査区域Ｔから鉛直方向に検査区域Ｔに向けて固定された方向から照射される入射光Ｌを実現することができる。なお、第２ハーフミラー１６を利用しなくても、受光部に光を導く第１ミラー手段１４を用いずに、発光手段１５が、検査対象物Ｗの表面の検査区域Ｔから鉛直方向に沿って第１ハーフミラー１１を介して検査区域Ｔに向かって光を照射可能であれば、本発明に含まれる。
【００２１】
発光手段１５は、検査区域Ｔに向けて照射方向を変化させながら照射される入射光Ｌとして実現することもできる。たとえば、図４に示すように、撮影手段１３の受光部１３ａへの光路に対してほぼ４５度の角度で第２ハーフミラー１６を配置する。そして、撮影手段１３の受光部１３ａへの光路と垂直方向から第２ハーフミラー１６に向かって光を照射するように、発光手段１５を配置する。第２ハーフミラー１６で反射された光は、第１ミラー手段１４で反射され、第１ハーフミラー１１に向かって進行して第１ハーフミラー１１を透過して、検査区域Ｔに照射される。第１ミラー手段１４を回動させるようことにより、第１ミラー手段１４での光の方向が変化して、検査区域Ｔに向けて照射方向を変化させながら照射される入射光Ｌとして実現することもできる。検査区域Ｔに至るまでに、第１ハーフミラー１１と、内部ミラー部材１２との間を複数回反射しながら、検査区域Ｔに至ることも含まれる。
【００２２】
検査区域Ｔに照射された光は、所定の経路を通って、受光部１３ａに至り、撮像手段１３により、表面画像として撮影される。この場合、検査区域Ｔに欠陥が存在しない場合には、第１ミラー手段１４には、必ず予定した方向から反射光が戻ってくる。たとえば、発光手段は、検査対象物の表面の検査領域Ｗの検査区域Ｔから鉛直方向に検査区域Ｔに向けて固定的に照射される入射光Ｌとして実現する場合（たとえば、図２，図３）では、第１ハーフミラー１１を透過して検査区域Ｔに照射される入射光Ｌと検査区域Ｔで反射した第１反射光Ｌ１とは同じ方向（当初から予定される「所定の向き」）に沿って到達した光路を逆進する。その結果、第１ハーフミラー１１に至った第１反射光Ｌ１は第１ハーフミラー１１を透過して内部ミラー部材１２に至って内部ミラー部材１２で反射して第２反射光Ｌ２となる。そして、第１ハーフミラー１１で反射されて第３反射光Ｌ３となって第１ミラー手段１４に入射した後に反射されて受光部１３ａに至る。
【００２３】
しかし、検査区域Ｔに欠陥が存在する場合には、検査区域Ｔで反射した第１反射光Ｌ1は入射光Ｌとは、必ずしも同じ方向に反射しない。したがって、検査区域Ｔに欠陥が存在する場合には、上記経路とは異なる光路を通って第１ミラー手段１４に至るため、前記所定の向きと異なる方向に第１ミラー手段１４が向いた際に、第１ミラー手段１４が内部ミラー部材１２で反射した第３反射光Ｌ３を受光し、撮影手段の受光部１３ａに光を導くことになる。
【００２４】
これは、発光手段１５からの光を、検査区域Ｔに向けて照射方向を変化させながら照射される入射光Ｌとして実現した場合でも同様である。検査区域Ｔに欠陥が存在しない場合には、第１ミラー手段１４が第２ハーフミラー１６からの光を反射させた方向と同じ方向から反射光が戻ってくる。しかし、検査区域Ｔに欠陥が存在する場合には、検査区域Ｔで反射した第１反射光Ｌ1は表面状態によって、異なる方向に向けて反射するから、検査区域Ｔに欠陥が存在しない場合に第１ミラー手段１４が向いている方向から第３反射光Ｌ３を受光し、撮影手段の受光部１３ａに光を導くことになる。
【００２５】
このように、検査区域Ｔにおいて、欠陥が存在する場合と存在しない場合との間で、反射光の受光経路が異なるので、撮影された表面画像の画素データからは、欠陥が存在する場合と存在しない場合との間に違いを生じる。したがって、これを評価することにより、欠陥の有無およびその種類を検出することができる。
【００２６】
なお、発光手段１５から出射される光は、平行光線である必要はない。しかし、発光手段１５から出射される光または、受光部１３ａで受光する光の少なくとも一方が、平行光であるとよい。これにより、反射光が乱れることを防ぎ、検出精度を向上することができる。したがって、受光部１３ａには、複数のレンズを組合せた第１レンズ手段が配置され、第１ミラー手段１４から導かれる光を平行光として撮影手段１３に導くようにすることが好ましい。撮影手段１３では、平行光化された検索域Ｔの反射光により、表面画像を撮影する。または、発光手段１５から出射される光を第２レンズ手段により、平行光線とすることも好ましい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
図５および図６，図７から図９を参照して、本発明の実施例１の欠陥検出装置１について説明する。実施例１は、前記の実施の形態において、光の照射方向を検査対象物の表面に対して鉛直方向に沿って固定した形態（図２，図３）に対応する。図５は、欠陥検出装置１の外観を示した図である。図６は、欠陥検出装置１を動作させるための、制御系の構成の概略を示した図である。図７は、図５の断面Ｘ−Ｘの箇所からみた際において、欠陥が存在しない場合の反射光の進行状態を示している。一方、図８は、図５の断面Ｘ−Ｘの箇所からみた際において、欠陥が存在する場合の反射光の進行状態を示している。また、図９は、拡散光を照射した場合に、図５の断面Ｘ−Ｘの箇所からみた断面における反射光の進行状況を示している。欠陥検出装置１は、検査ヘッド２と、撮像制御部３とを具備する。
【００２８】
図５では、検査対象たるワーク５が、ワーク支持台６に取り付けられ、ワーク５は、ワーク５の表面のうち、欠陥の有無を確認しようとする検査対象面５ａを検査ヘッド２に向けて配置する。ここで、検査対象面のうち、検査区域５ａと定義する。したがって、欠陥の検査は、検査区域５ａの位置をずらしながら検査対象面内の検査領域の全てを検査することを意味する。検査区域５ａは、検査ヘッド２の下側中央にあたる所定の位置に配置させるように設定する。
【００２９】
検査ヘッド２は、第１ハーフミラー１１と、内部ミラー部材１２と、撮影手段１３と、発光手段１５と、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７とを具備する。検査ヘッド２を所定の位置に移動させるための姿勢コントロール装置としては、代表的には、多関節ロボットアーム２５とすることができる。図６に示すとおり、多関節ロボットアーム２５は、ロボット制御装置３４に接続されている。ロボット制御装置３４は、先端に取り付けられている検査ヘッド２の撮影手段１３の受光部１３ａが、検査区域５ａに正対し、検査区域５ａの表面に対して鉛直方向に受光部１３ａが位置するように多関節ロボットアーム２５の関節を移動させる。
【００３０】
ワーク支持台６は、たとえば、水平方向の一方向に可動なＸテーブル２６と、Ｘテーブル２６の可動方向と直交する方向に可動なＹテーブル２７とを具備している。さらに、回転テーブル２８を付加することもできる。ワーク支持台６のＸテーブル２６と、Ｙテーブル２７と、回転テーブル２８とは、ステージ制御装置３５に接続され、水平方向において、直交する２方向にワーク５を移動させ、または水平面内を回転させることが可能である。
【００３１】
撮像制御部３は、制御部３２と、照明装置３３とを具備する。発光手段１５は照明装置３３に接続され、照明装置３３から電圧の供給を受けて点灯および消灯を行う。照明装置３３は制御部３２に接続されている。制御部３２は、照明装置３３に供給させる発光手段１５への電圧を調整して、発光手段１５の点灯および消灯のタイミング、および第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の回転，撮影手段１３の撮影のタイミングを制御することが可能である。制御部３２はロボット制御装置３４に接続されている。制御部３２は、多関節ロボットアーム２５に対し多関節ロボットアーム２５の関節の動作の指令を送信するとともに、多関節ロボットアーム２５の状態の情報を受信することが可能である。
【００３２】
第１ハーフミラー１１は、検査対象物の表面に対して鉛直方向に対して傾いて配置される。傾き角度は、検査対象物の表面に対してほぼ４５度の角度である。発光手段１５は、検査区域５ａに対向するように検査対象物の表面に対して鉛直方向の検査ヘッド２の箇所に配置され、第１ハーフミラー１１に向かって光を照射可能である。内部ミラー部材１２は、内面が鏡面加工された部材であり、第１ハーフミラー１１を覆うように配置される。内部ミラー部材１２の内面の鏡面部の少なくとも一部は、第１ハーフミラー１１と対向している。内部ミラー部材１２は、鏡面である内面が球面を構成し、所定の状態でその球の中心部に検査区域５ａが位置するような位置関係に配置される。撮影手段１３は、受光部１３ａに侵入した光を受光して、検査対象物５の検査区域５ａの画像を撮影する。撮影手段１３の受光素子部は、たとえば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの高速カメラとすることができる。
【００３３】
図７に示すように、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は、それぞれ表面が鏡面であって、光を撮影手段１３の受光部１３ａに光を導くガルバノミラーである。第２ミラー手段１７は、反射光の光路において、第１ミラー手段１４と第１ハーフミラーとの間に配置され、第ハーフミラー１１で反射され撮影手段１３の受光部１３ａに向かう第３反射光Ｌ３を第１ミラー手段１４に向けて反射し、第１ミラー手段１４を介して反射光を撮影手段１３の受光部１３ａに導くようにも動作する。
【００３４】
第１ミラー手段１４は、一の回動軸１４ａまわりに回動可能であって、たとえば、検査対象物の表面に近い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所と検査対象物の表面と遠い側の第１ハーフミラー１１の任意の箇所との間の一の方向（以下、「Ｘ軸」）に沿って第１ミラー手段１４の表面が連続的に向きながら回動可能である。第１ハーフミラー１１における検査対象物の表面に近い側と検査対象物の表面と遠い側との間のいずれの方向から来た光をも走査することができる。第２ミラー手段１７は、第１ミラー手段１４の回動軸１４ａと平行な回動軸１７ａ周りに回動可能であって、第１ミラー手段１４の向きと同期して第１ハーフミラーからの第３反射光Ｌ３を第１ミラー手段１４に向けて反射可能である。これにより、第２ハーフミラー１７もＸ軸に沿って第２ミラー手段１７の表面が連続的に向きながら回動可能となる。第１ミラー手段１４の回動軸１４ａ周りの回動と、第２ミラー手段１７の回動軸１７ａ周りの回動とを同期させることにより、第３反射光Ｌ３を常に一定の方向で撮影手段１３の受光部１３ａに入射させることが可能となる。さらに、第１ミラー手段１４は、回動軸１４ａと垂直な回動軸１４ｂまわりに回動可能であって、第２ミラー手段１７も、その回動軸１４ｂと平行な回動軸１７ｂ（回動軸１７ａと垂直方向の回動軸）周りに回動可能である。これによって、たとえば、Ｘ軸と垂直な方向（以下、「Ｙ軸」）に沿って、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７の表面のそれぞれが連続的に向きながら回動可能となり、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は、第１ハーフミラー１１の全面に対して２次元方向の光の走査を行うことが可能となる。
【００３５】
発光手段１５は、第１ハーフミラー１１に向かって光を照射する。発光手段としては、検査対象物の表面に鉛直方向に沿って検査区域５ａに向かって光を照射することができれば、どのような光源であっても利用することができる。拡散光源であっても利用できる。しかし、特に、平行光線を照射することができれば、特に有利な効果を奏する。図７および図８では、平行光線の例を説明している。この場合、発光手段１５には、発光素子２１とレンズ２２とが配置され、平行光を射出可能である。発光素子２１としては、代表的には、発光ダイオードであるが、レンズ２２との組合せにより平行光線とすることができる限り、その他の照明部材を使用することができる。なお、本実施例では、発光手段１５は、検査区域５ａに対向するように検査対象物の表面に対して鉛直方向の検査ヘッド２の箇所に配置して例を示しているが、実施の形態で説明したように、図３のように、第２ハーフミラー１６を使用することにより、照射方向を変えて配置することも可能である。光の照射方向を検査対象物５の表面の検査領域の検査区域５ａから鉛直方向に沿って、検査区域５ａに向けて固定的に照射される入射光Ｌとして実現することができればよい。
【００３６】
なお、発光手段１５または受光部１３ａで受光する光の少なくとも一方が、平行光であることが好ましい。これにより、反射光が乱れることを防ぎ、検出精度を向上することができる。したがって、図７に示すように、受光部１３ａには、複数のレンズを組合せたテレセントリックレンズ系レンズ列としての第１レンズ手段１３ｃが配置され、第１ミラー手段１４から導かれる光を平行光として撮影手段１３に導くようにされている。さらに、受光部１３ａには、瞳転送系レンズ列１３ｄを配し、第１レンズ手段１３ｃと瞳転送系レンズ列１３ｄとの間の入射瞳Ａを、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７との間の入射瞳Ａ’に転送することで、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の角度変更感度を高めている。これによりガルバノミラーたる第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の視線変更角度を大きくすることができ、また、数百マイクロ秒から数ミリマイクロ秒の高速のガルバノミラー反応速度と相まって、多方向の撮影を短時間で実現することができる。
【００３７】
続いて、図７、図８および図９を参照して入射光と反射光の経路について説明する。なお、図７では、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は、それぞれ２軸方向に回動可能であるように図示しているが、以下、図８、図９においては、説明の簡略化のために一軸方向のみに回動可能に図示している。しかし、図８、図９においても、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は、それぞれ２軸方向に回動可能である。以下図７、図８および図９を参照して入射光と反射光の経路について説明では、第１ミラー手段１４の回動軸１４ａと、第２ミラー手段１７の回動軸１７ａとまわりの回動として説明する。まず、発光手段１５が照射した光は、検査対象物５の表面に鉛直な方向に沿って、検査区域５ａに向かって進行し、第１ハーフミラー１１を透過して入射光Ｌとなって検査区域５ａに照射される。
【００３８】
図７に示すように、検査区域５ａに欠陥がない場合には、入射光Ｌは検査区域５ａで反射されて第１反射光Ｌ１となる。第１反射光Ｌ１は第１ハーフミラー１１に向かって進行する。第１ハーフミラー１１に至った第１反射光Ｌ１は第１ハーフミラー１１を透過して内部ミラー部材１２に至り、内部ミラー部材１２で反射して第２反射光Ｌ２となる。第２反射光Ｌ２は第１ハーフミラー１１に向かって進行して第１ハーフミラー１１で反射して第３反射光Ｌ３となり、第３反射光Ｌ３は第２ミラー手段１７に向かって進行して第２ミラー手段１７で反射する。第２ミラー手段１７で反射した反射光は、第１ミラー手段に入射して反射し、撮影手段１３の受光部１３ａに向かって進行する。受光部１３ａで受光された光で、撮影手段１３は受光部１３ａにより受光した光により表面の検査区域５ａの画像を撮影する。
【００３９】
しかし、図８に示すように、検査区域５ａに欠陥が存在する場合には、検査区域５ａで反射した第１反射光Ｌ１は入射光Ｌとは、必ずしも同じ方向に反射せず、欠陥の面の不規則性に応じて様々な方向に反射する。したがって、検査区域５ａに欠陥が存在する場合には、欠陥がない場合における反射光の経路とは異なる光路を通って第２ミラー手段１７に至る。したがって、欠陥が存在しない場合における第２ミラー手段１７と異なる方向に、第２ミラー手段１７が向いた際に（撮影手段１３の視線を変更した際に）、第２ミラー手段１７が内部ミラー部材１２で反射した欠陥部に当たって反射した第３反射光Ｌ３を受光し、第１ミラー手段１４を介して撮影手段の受光部１３ａに光を導くことになる。すなわち、検査区域５ａにおいて、欠陥が存在する場合と存在しない場合との間で、反射光の受光経路が異なるので、撮影された表面画像の画素データからは、欠陥が存在する場合と存在しない場合との間に違いを生じる。したがって、画素データを処理して配光分布を照合して比較すれば、欠陥の存在と種類を把握することが出来る。
【００４０】
また、図９に示すように、発光手段１５として同軸面拡散照明光１５ａを採用すれば、検査区域５ａに欠陥が存在する場合には、拡散光である入射光Ｌは角度をもって検査区域５ａに入射し、検査区域５ａで様々な方向（たとえば第１反射光Ｌ１ａおよび第１反射光Ｌ１ｂ）に反射することになる。しかし、様々な方向に反射したとしても、第１反射光Ｌ１ａおよび第１反射光Ｌ１ｂは、欠陥が存在しない検査対象物により予め予測できる規則的な反射である。したがって、検査区域５ａで反射される第１反射光Ｌ１ａおよび第１反射光Ｌ１ｂ、内部ミラー部材１２で反射される第２反射光Ｌ２ａおよび第２反射光Ｌ１ｂ、第１ハーフミラー１１で反射されて第２ミラー手段１７に入射する第３反射光Ｌ３ａおよび第３反射光Ｌ３ｂのいずれもが予測されたとおりに進行して、最終的に受光部１３ａを介して撮影手段１３に入射して撮像ができる。一方、欠陥が存在する場合には、欠陥の面の不規則性に応じて様々な方向に反射する。検査区域５ａに欠陥が存在する場合には、欠陥がない場合における第１反射光Ｌ１ａおよび第１反射光Ｌ１ｂとは異なる方向に反射するはずなので、その後も異なる光路を通って第２ミラー手段１７に至ることになる。この点、拡散光を用いた場合の散乱の度合いは平行光線の場合以上に大きくなるが、欠陥が存在する場合には、検査区域５ａからの反射光は欠陥が存在しない場合とは異なる光路を進む点では違いがない。すなわち、図８に示した平行光の場合と同じく、検査区域５ａに欠陥が存在する場合には反射光の受光経路は予測された光路と異なっているので、撮影した表面画像の画素データを処理して配光分布を照合して比較すれば、欠陥の存否と種類を把握することが出来る。
【００４１】
欠陥の判定のための画像は、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７のなす角度に対しての検査区域５ａの表面映像として関連付けられればよい。すなわち、制御部３２は、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７のなす角度に応じて撮影手段１３が検査区域５ａの表面の画像を撮影するように制御し、撮影された表面画像と、これらの角度とを関連付けた情報を生成する。生成された情報は、記憶装置（不図示）等に格納することができる。反射光の方向は、たとえば、検査対象面（水平面）内の任意の一方向をＸ軸（たとえば、ワーク支持台６のＸテーブル２６の可動方向など）とし、これに直交する方向をＹ軸（たとえば、ワーク支持台６のＹテーブル２７の可動方向など）とし、水平状態の検査区域５ａの表面に対して鉛直方向をＺ軸と仮定し、Ｘ軸からのＺ軸に反時計周りを正とした方向の偏角θと、Ｚ軸からの偏角φとにより、極座標（θ，φ）として表すことができる。第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７が直交する２方向に回動可能であることにより、２次元面において、検査対象物の面の方向を変更することなく、異なる方向から光を照射することができるので、どの方向からの照光であろうとも、変換をすることなく検査区域５ａの面に対する共通の極座標（θ，φ）として表すことができる。
【００４２】
制御部３２は、画像形成装置３１に接続されている。撮影手段１３により撮影され、制御部３２に取得された表面画像は画像形成装置３１に送られる。表面画像は一時的にメモリ（不図示）に格納される。画像形成装置３１は、格納されている多方向から照射した光に対応した表面画像の全画素データを組み合わせ、検査領域全体の擬似配光分布を計算する。擬似配光分布は、任意の偏角θの二次元面内において、輝度（反射光強度）をベクトル量とし、検査区域５ａからの反射光の方向の偏角φをベクトルの要素として表した二次元面上における反射光の強度分布である。計算された擬似配光分布から、検査領域の全画素の特徴量を算出する。特徴量は、撮影された表面画像の画素値から、反射光強度（輝度）Ｉとその際の偏角φとにより、Ｆ（Ｉ，φ）と定義する。発光手段１５が、撮影手段１３を中心として全方位（３６０度）に配置されているため、欠陥が存在する場合には、いずれかの方向に反射特性の差異が現れる。また、その反射特性の差異は、欠陥の種類によっても異なる。したがって、これを偏角θ（θ＝０〜３６０°）における各面の特徴量Ｆ（Ｉ，φ）として予め把握しておけば、この特長量の比較によって、欠陥の種別を把握することができる。
【００４３】
ここで、本実施例において、欠陥の検出および種類の判別において、表面画像を撮影するために光を照射した際の反射光と、予め正常部に光を照射した際の反射光との間における、擬似配光分布上の反射特性の差異（測定公差量を超えたもの）の指標として、「予め正常部において取得した反射光強度」に対しての「測定された反射光強度」を、照射した光の方向（検査対象面の法線に対する角度）に対応させた値により判別する。具体的には、任意の偏角θにおける正常面における擬似配光分布において、特徴量ＦＮ（Ｉn，φn）（−９０°＜ｎ＜９０°）を求める。一方、同じ偏角θにおいて欠陥検査のために撮影した表面画像により求めた擬似配光分布とから、特徴量ＦＭ（Ｉｍ，φｍ）（−９０°＜ｎ＜９０°）を求める。特徴量ＦＭと特徴量ＦＮと同一の偏角φｍ（＝φｎ）のときの特徴量の比（Ｉm/Ｉn）が最大となる偏角を求める。予め欠陥の種類ごとに特徴量の比を閾値ＴＨとして取得しておいて、測定された画像から求められた特徴量の比と閾値を比較して、測定された特徴量比がＴＨを超えた場合には、欠陥と認定する。
【００４４】
続いて、図１０を参照して、欠陥検出の手順に説明する。まず、ワーク支持台６にワークを載置する。そして、検査ヘッド２の所定の位置に検査区域５ａが位置するように、ワーク支持台６のＸテーブル２６、Ｙテーブル２７または回転テーブル２８を回転し、多関節ロボットアーム２５の関節を作動させる（Ｓ１）。制御部３２により、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７を回動させて、撮影手段１３に入射する光の方向を調整する（カメラたる撮影手段１３の視線を変更する）（Ｓ２）。撮影手段で撮影を行う（Ｓ３）。欠陥がない場合において反射光が受光されると予想できる方向（図８に対応する水平方向）において撮影した基準表面画像と、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７を回動して撮影手段の視線を変更した際に撮影した表面画像とを照合する（Ｓ４）。ここで、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の角度のずれ量および視線角（撮影手段の視線角度およびずれ量）を算出する（Ｓ５）。第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の角度のずれ量および視線角（撮影手段の視線角度およびずれ量）に基づいて、欠陥がない場合において反射光が受光されると予想できる方向で撮影した基準表面画像に変換する（Ｓ６）。ここで、全画素の輝度値と１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の角度（視線角）をメモリに保存する（Ｓ７）。指定される全ての角度に対して、これらのステップを繰り返して実行した後（Ｓ８）に、撮影した全表面画像について、全画素の擬似配光分布を計算する（Ｓ９）。擬似配光分布から特徴量を算出し（Ｓ１０）検査領域の全画素について欠陥の種別を判定する（Ｓ１１）。欠陥の種別ごとにグループ化（Ｓ１２）して、欠陥の種類ごとの特徴量を算出し、欠陥の閾値を判定する（Ｓ１３）。全検査部位を検査し終えたら、欠陥が許容値内であるか否かを判定する（Ｓ１４）。なお、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７の角度は、機械的に角度変更限度（たとえば、−６０度から＋２２．５度）があるため、視線角度に不足がある場合には、回転ステージ２８で検査対象物５を１８０度回転させて逆方向から上記ステップＳ２からＳ７を再度行って、擬似配光分布を求めても良い。
【００４５】
ここで、本実施例における光学系において、図１５から図１７、図１８と図１９，図２０と図２１，および図２２と図２３を参照して、本実施例における欠陥検査装置１が如何に有利な効果を奏するかを説明する。非欠陥部の例として、図１５に示す表面画像のように段差（高さ３マイクロメートル）を有している場合と、欠陥部の例として図１６に示す表面画像のように段差（高さ８マイクロメートル）を有している場合および図１７に示す表面画像のように圧着痕を有している場合と、を挙げる。
【００４６】
図１５に示した段差（高さ３マイクロメートル）を有している表面における欠陥検出の場合において、図１５に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図１８に示す。この擬似配光分布では、欠陥の無い正常部において予め取得した反射光強度５１と、欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２とを重ねて示している。この例では、正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）の分布は全方位に対してほぼ均等な扇形を示しており、またに段差部の反射光強度５２（ベクトル量）では、その大きさが若干低いものの、分布は均等であることがわかる。また、正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）の最大値ｂに対する欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）の最大値ａの比（以下、「配光分布比（ａ／ｂ）」とよぶ）は、１．２となる。
【００４７】
図１６に示した段差（高さ８マイクロメートル）を有している表面における欠陥検出の場合において、図１６に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図２０に示す。欠陥と判定されるこの例のように、高低が大きい段差の擬似配光分布では、均等な分布を示す正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）よりも、欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）が特に一方向（図２０の左側）に向かって強い偏りをもっていることが明確にわかる。また、配光分布比（ａ／ｂ）も２５．２と特に高い値を示す。
【００４８】
図１７に示した圧着痕を有している表面における欠陥検出の場合において、図１７に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図２２に示す。この例でも均等な分布を示す正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）よりも、測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）が特に一方向（図２２の右側）に非常に強い偏りをもっていることがわかる。また、この偏りは、段差（高さ８マイクロメートル）の場合の擬似配光分布とは異なった傾向であることが明白である。この場合の配光分布比（ａ／ｂ）は２．３であり、段差（高さ８マイクロメートル）の場合よりも低いが、非欠陥部における値１．２よりも高い値を示している。
【００４９】
図１９，図２１，図２３は、それぞれ、従来の方法での同軸広角投受光の場合における擬似配光分布である。図１９，図２１および図２３に示したとおり、同軸広角投受光光学系の場合には、高さが３マイクロメートルの段差と、８マイクロメートルの段差と、圧着痕とにおいて、予め正常部において取得した反射光強度５２の擬似配光分布と、測定された反射光強度５１の擬似配光分布の形状および各方向への反射光強度のベクトル量に、平行投受光光学系の場合における擬似配光分布ほどの顕著な差がみられない。  特に、同軸広角投受光光学系の場合には、欠陥と判断されるべき高さ８マイクロメートルの段差の擬似配光分布（図２１）と、圧着痕（図２３）においては、その形状に大きな違いがなく、欠陥の種類の判別が困難であることがわかる。
【００５０】
また、欠陥とはならない高さ３マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布では、平行投受光光学系における配光分布比（ａ／ｂ）が１．２（図１８）であるのに対し、同軸広角投受光光学系における配光分布比（ａ／ｂ）は１．１（図１９）と、ほぼ近接する。これが、欠陥と認定される高さ８マイクロメートルの段差の場合の擬似配光分布の場合では、平行投受光光学系における配光分布比（ａ／ｂ）は２５．２（図２０）と高さ３マイクロメートルの段差の場合よりも高い感度で大きく変化した。しかし、同軸広角投受光光学系における配光分布比（ａ／ｂ）は１．６（図２１）と高さ３マイクロメートルの段差の配光分布比（ａ／ｂ）である１．１（図１９）に対して、変化が小さい。すなわち、平行投受光光学系を利用する本発明により得られる配光分布比（ａ／ｂ）は、欠陥に対して非常に高い感度を有するので、欠陥による特徴の比較を高い感度で行うことが出来、高い精度の欠陥の検出・判定が可能となる。
【００５１】
このように、本実施例における光学系で、平行投受光を実現するにより、配光分布比（ａ／ｂ）は、圧着痕の場合で２．３にまで感度をあげることができる。これは、同軸面照明と通常レンズとを組合せた同軸広角投光およびその反射光を受光する同軸広角投受光光学系を利用した場合に比べて非常に高い値である。すなわち、欠陥部の有無の判定および欠陥部の種類の分類において、欠陥に対する感度が高く判別が容易であることを意味する。
【００５２】
（実施例２）
続いて、図１１，図１２，図１３および図１４を参照して、本発明の実施例２の欠陥検出装置１について説明する。実施例２は、実施の形態において、検査区域５ａへの入射光の入射方向を変化させた形態に対応する。ここでは、実施例１と異なる部分について説明する。図１１に示すように、本実施例では、発光手段１５は、撮影手段１３の受光部１３ａに取り付けられる点が実施例１と異なっている。図１２は、図１１の断面Ｙ−Ｙ部を示した検査ヘッド２内の光路を示す。
【００５３】
図１２に示すように、実施例２では、第２ハーフミラー１６を、第１ミラー手段１４と、撮影手段１３との間に配置し、第１ミラー手段１４から撮影手段１３に至るまでの反射光の光軸に対して４５度の角度で配置している。そして、第１ミラー手段１４から撮影手段１３に至るまでの反射光の光軸に垂直方向に発光手段１５から光を入射し、第２ハーフミラー１６で反射して、第１ミラー手段１４から撮影手段１３に至るまでの反射光の光軸に沿って、第１ミラー手段１４に向けて入射光Ｌａが進行する。第１ミラー手段１４で反射された光は、第２ミラー手段１７に入射して反射して、第１ハーフミラー１１に向かって進行する。ここで、図１２の破線のように第２ミラー手段１７の回転角度を連続的に変更することにより、その角度に応じて、たとえば、入射光Ｌａのみならず、さらに入射光Ｌｂのように、入射光方向を変化させながら光を検査区域５ａに向けて、照射することができる。また、受光部１３ａには、複数のレンズを組合せたテレセントリックレンズ系レンズ列としての第１レンズ手段１３ｃを配置して、第１ミラー手段１４から導かれる光を平行光として撮影手段１３に導くようにされている点も実施例１と同様である。さらに、受光部１３ａに、瞳転送系レンズ列１３ｄを配し、第１レンズ手段１３ｃと瞳転送系レンズ列１３ｄとの間の入射瞳Ａを、第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７との間の入射瞳Ａ’に転送することも実施例１と同様である。このようにすることで、後述するように、発光手段１５として同軸広角光照明１５ａを採用した図１４のような場合であっても、拡散光を第２ハーフミラー１６に向けて照射した場合においても、撮影手段１３において撮影する際に撮影手段１３が平行光として受講することになるので、発光手段が拡散光であっても平行光の場合と同じ効果を奏するようにできる。
【００５４】
欠陥の判定の原理は、実施例１と同様に、撮影画像を、欠陥が存在しない場合の画像と照合して判定する。まず、図１２に示すように第１ミラー手段１４と第２ミラー手段１７とを回動させて、検査区域５ａに他方から光を照射した状態における画像を撮影する。入射光Ｌａに対して検査区域５ａで反射した第１反射光Ｌ１ａは内部ミラー部材１２に至って反射されて第２反射光Ｌ２ａとなる。第２反射光Ｌ２ａは、第１ハーフミラー１１で反射され第３反射光Ｌ３ａとなって第２ミラー手段１７に向かい、そこで反射した後に第１ミラー手段１４に至る。検査区域５ａに欠陥が存在しない場合には、第１反射光Ｌ１ａは、その後、内部ミラー部材１２で反射される第２反射光Ｌ２ａ、第１ハーフミラー１１で反射されて第２ミラー手段１７に入射する第３反射光Ｌ３ａとなって進行し、所定の光路をとって第１ミラー手段１７に至る。しかし、図１３に示すとおり、検査区域５ａに欠陥が存在する場合には、検査区域５ａで反射する反射光は欠陥が存在しない場合の第１反射光Ｌ１ａとは異なる方向に進行して内部ミラー部材１２に至る。そのため、その後、内部ミラー部材１２での反射の方向も、第１ハーフミラー１１での反射の方向も、欠陥が存在しない場合と異なる経路を通って第２ミラー手段１７に至ることになる。したがって、第１ミラー手段１４および／または第２ミラー手段１７が、欠陥が存在しない場合に予め予測される方向とは異なる方向を向いた際に、反射光を受光し、撮影手段１３の受光部１３ａに光を導くことになる。したがって、制御部３２では、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７のなす角度に対しての検査区域５ａの表面映像として関連付けて処理する点で、実施例１と同様の画像処理を行うことで、欠陥の判定を行うことができ、撮影された表面画像の画素に基づいて、配光分布を求めて、特徴量の比から欠陥の検出および判別を行う点は、実施例１と同じである。また、これは、同軸広角光照明１５ａを採用した図１４のような場合も、同じである。すなわち、同軸広角光照明１５ａから出射された光は拡散光として第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７を介して拡散光の入射光Ｌとなって検査区域５ａに至ることになる。入射光Ｌの正規率が低いために、検査区域５ａにおいて、たとえば、第１反射光Ｌ１ａと第１反射光Ｌ１ｂのように、様々な方向に反射する。しかし、このそれぞれの方向は、欠陥が無い場合に予め測定した方向では一定のルールにしたがった方向となる。そして、内部ミラー１２による第２反射光Ｌ２ａと第２反射光Ｌ２ｂ、第１ハーフミラー１１による第３反射光Ｌ３ａと第３反射光Ｌ３ｂとして進行し、第２ミラー手段１７に入射する。この反射光は欠陥が無い場合には、予定された光路であるため第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は所定の向きで受光することになる。しかし、欠陥が存在する場合には、検査区域５ａにおける反射光は、欠陥が存在しない場合の反射光とは異なるように反射するから、その後の反射光も欠陥が存在しない場合と異なるように進行する。そのため、第１ミラー手段１４および第２ミラー手段１７は、欠陥が存在しない場合に予定された向きと異なる向きで反射光を受光することになる。すなわち、発光手段１５から出射された光が拡散光であっても、欠陥検出の原理は同一である。
【００５５】
本実施例における光学系において、実施例１と同様に、図１５から図１７、図２４と図２５，図２６と図２７，および図２８と図２９を参照して、本実施例における欠陥検査装置１が如何に有利な効果を奏するかを説明する。
【００５６】
図１５に示した段差（高さ３マイクロメートル）を有している表面における欠陥検出の場合において、図１５に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図２４に示す。この擬似配光分布では、正常部において予め取得した反射光強度５１と、欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２とを重ねて示している。この例では、正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）の分布は全方位に対してほぼ均等な扇形を示しており、またに欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）は、その大きさが若干低いものの、分布は均等であることがわかる。また、正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）の最大値ｂに対する測定された欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）の配光分布比（ａ／ｂ）は、０．７３となる。
【００５７】
図１６に示した段差（高さ８マイクロメートル）を有している表面における欠陥検出の場合において、図１６に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図２６に示す。欠陥と判定されるこの例のように、高低が大きい段差の擬似配光分布では、均等な分布を示す正常部において予め取得した反射光強度５１と、（ベクトル量）よりも、欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）が特に一定の方向（図２６の水平両側）に向かって強い偏りをもっていることが明確にわかる。また、配光分布比（ａ／ｂ）も５．０と高い値を示す。
【００５８】
図１７に示した圧着痕を有している表面における欠陥検出の場合において、図１７に円で示した検査区域として本実施例の欠陥検出装置により測定し計算した擬似配光分布を図２８に示す。この例でも均等な分布を示す正常部において予め取得した反射光強度５１（ベクトル量）よりも、欠陥検出のために測定された段差部の反射光強度５２（ベクトル量）が特に一方向（図２８の右側）に非常に強い偏りをもっていることがわかる。また、この偏りは、段差（高さ８マイクロメートル）の場合の擬似配光分布とは異なった傾向であることが明白である。この場合の配光分布比（ａ／ｂ）は２．５である。
【００５９】
図２４，図２６および図２８では、同軸広角投受光光学系を利用した従来例である図２５，図２７および図２９とは異なる擬似配光分布がみられ、これらに比べて非常に高い値である。すなわち、実施例２においても、実施例１と同様に、欠陥部の有無の判定および欠陥部の種類の分類において、欠陥に対する感度が高く判別が容易である。
【００６０】
なお、欠陥の存否については、前記の方法でなくと、別の方法により判定することもできる。欠陥の高さについては、撮影された画像の画素値であらわされる反射光の明度で、認識をすることが可能となる。したがって、特徴量の比を閾値ＴＨに対応する明度の２値化データを予め決定しておき、撮影された画像の画素値のすべてについての明度が、閾値の明度の２値化データより大きいか小さいかを判定する。そして、各画素において、それが閾地の明度の２値化データより大きい場合には最低明度の２値を付与し、小さい場合には最高明度の２値を付与する。これにより、反射光に特異な差異がみられる箇所の画素はたとえば黒に対応した画素が、一方、特異な差異がみられない箇所はたとえば白に対応した画素が付与された画像ができる。欠陥の大きさについては、特異な差異の広がりにより判別することができる。したがって、これを異なる方向から光線を当てて撮影した全ての画像の画素値について行って合成すれば、たとえば黒の画素が大きい箇所は、欠陥が存在すると判定することも可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１  欠陥検出装置
２  検出ヘッド
５  検査対象物（ワーク）
１１  第１ハーフミラー
１２  内部ミラー部材
１３  撮影手段
１４  第１ミラー手段
１５  発光手段
１７  第２ミラー手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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